Modern phytolith analysis: development of possible solutions for (paleo-)ecological problems

Abstract

Understanding the long-term dynamics of grass-dominated ecosystems remains a significant challenge in palaeoecology, mainly because of the limited preservation of plant fossils and the low taxonomic resolution of grass pollen. This thesis promotes the use of phytolith analysis - a microbotanical method based on plant silica bodies - as a reliable proxy for reconstructing past vegetation, focusing on methodological innovations and regional applications in Europe and Africa. By applying semi-landmark-based geometric morphometrics (GMM), this study presents a reproducible, quantitative framework for analysing variation in phytolith shape and size in grasses. The first part of the thesis shows that interspecific differences in phytolith shape are significantly greater than intraspecific variation, supporting the potential of GMM for taxonomic identification. The second part demonstrates that phytolith shape reflects deep-time phylogenetic divergences, especially at the subfamily level, while also capturing ecologically meaningful patterns such as adaptations to light availability. These insights were applied to two palaeoenvironmental case studies. In the White Carpathians (Czech Republic), shape-based phytolith analysis revealed persistent (semi-)open grassland conditions throughout the Holocene,...

Porozumění dlouhodobé dynamice stepí a trávníků zůstává v paleoekologii výzvou, především kvůli omezenému zachování rostlinných fosilií a nízkému taxonomickému rozlišení pylu trav. Tato disertační práce představuje analýzu fytolitů - mikroskopických křemičitých tělísek rostlinného původu - jako spolehlivý nástroj pro rekonstrukci minulé travní vegetace, se zaměřením na metodologické inovace a regionální aplikace v Evropě a Africe. Pomocí geometrické morfometriky ("semi-landmark-based GMM") nabízí práce reprodukovatelný, kvantitativní postup pro analýzu variability tvaru a velikosti fytolitů trav. První část ukazuje, že mezidruhová variabilita tvaru fytolitů výrazně převyšuje variabilitu vnitrodruhovou, což potvrzuje potenciál kvantitativní tvarové analýzy pro taxonomickou identifikaci. Druhá část dokládá, že tvar fytolitů odráží hluboké fylogenetické rozdíly, zejména na úrovni podčeledí, a zároveň poukazuje na to, že tvar a velikost fytolitů mohou být do jisté míry ovlivněny adaptací trav na světlo. Získané poznatky byly aplikovány na dvě paleoekologické případové studie. V Bílých Karpatech (Česká republika) analýza tvaru fytolitů odhalila přetrvávající (polo)otevřený charakter vegetace v průběhu celého holocénu. To je v souladu s dalšími paleoekologickými proxy a podporuje hypotézu o dlouhodobé...